CN101005745A

CN101005745A - 用于电子器件的微喷射流冷却系统

Info

Publication number: CN101005745A
Application number: CN 200610023508
Authority: CN
Inventors: 刘胜; 罗小兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-07-25

Abstract

一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，主要包括：电子器件芯片、微喷射流器、带有冷却装置的储液箱、微泵，其特征在于所述的冷却介质采用液体或气体，通过冷却介质的循环形成封闭的冷却系统，储液箱的上部设有风扇和散热器，经管道与微泵、微喷射流器连接，微喷射流器内设有数个腔体，腔体之间设有带有微喷嘴的隔板，电子器件芯片安装在微喷射流器之上。本发明的优点是系统采用冷却介质冲击换热，换热系数高，采用主动系统封闭的内循环冷却方式，不受方向位置条件的限制。

Description

用于电子器件的微喷射流冷却系统

技术领域

本发明涉及一种用于电子器件的冷却系统，特别涉及一种用于电子器件的微喷射流冷却系统。

技术背景

任何电子器件工作过程的实质是能量转化过程，这个过程总会伴随着发热，发热的根源是任何能量转化过程都不可能是100％的效率，不足100％部分的能量全部或大多数变成了热量。现有的电子器件向更小、更高速、更大功率密度方向发展，这些都意味着更大的热流密度，超级计算机主要由微处理器和控制电路等高功率密度电子元器件构成，其热流密度非常大，量级在100W/cm²左右或者更高。由于容积限制，高性能服务器和笔记本热流密度也非常高，为了保持正常工作，他们对冷却的需求也显得非常迫切。电子器件的工作温度升高往往对它的性能有很大影响，热噪声或暗电流是最明显的受温度影响的性能，例如在传感器件、红外探测器及各种光子探测器、放大器件等中的情形就是这样，降温将对直接对电子器件起到热噪声抑制或隔断的作用。某些情况下，例如超级计算机等，如果不采取外加降温冷却手段，电子器件工作温度将非常高，高温将直接导致系统效率下降，无法工作甚至烧毁。总之，降低器件的温度将有效地提高与温度有关的电子器件性能和提高电子器件的工作寿命。

但目前，在高性能超级电子计算机、军用航空电子设备中对于大热流密度芯片的冷却手段还不能达到理想的要求。

发明内容

针对已有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于电子器件的微喷射流冷却系统。该系统的冷却介质采用液体或气体，通过微泵加压驱动，使微喷射流冷却液体或气体直接冲击电子器件芯片的基座，高温的液体或气体经储液箱上的热沉及风扇进行热交换来实现对电子器件的基座的冷却。整个结构采用封闭内循环冷却系统。本发明主要包括：电子器件芯片、微喷射流器、带有冷却装置的储液箱、微泵，其特征在于所述的冷却介质采用液体或气体，通过冷却介质的循环形成封闭的冷却系统，具有微槽道的冷板安装在储液箱的内部，或在储液箱的内部加设微槽道，微槽道的一端延伸到储液箱顶部，储液箱的上部设有风扇和散热器，储液箱的冷却介质出口通过硅橡胶管软管道与微泵的输入口连接，微泵的输出口通过硅橡胶管软管道与微喷射流器的冷却介质入口连接，微喷射流器采用碳纳米管，或高导热金属，或金刚石高导热材料制成，微喷射流器内设有两个腔体，上腔体与下腔体之间为一带有多个微喷嘴的隔板，下腔体的一侧设有冷却介质入口，上腔体的另一侧设有冷却介质出口，或者将微喷射流器制成上、中、下三个腔体组成，各腔体之间设有带有多个微喷嘴的隔板，中腔体的一侧设有冷却介质入口，上腔体与下腔体的另一侧设有冷却介质出口，或者将微喷射流器制成为内、外两个同轴圆柱体桶，两个腔体之间设有带有多个微喷嘴的隔板，或者将微喷射流器制成为内、外同轴多面体，两个腔体之间设有带有多个微喷嘴的隔板，电子器件的基座与外圆柱体桶或外多面体的外壁紧密安装在一起，冷却介质出口与储液箱的冷却介质入口通过管道连接，微喷射流器的外壳与电子器件芯片的基座紧密安装在一起，两个接触面之间加入导热膏。电子器件的基座采用金属材料或硅材料、陶瓷材料、或有机材料制成，被冷却电子器件为裸芯片或芯片组或封装芯片通过连接焊柱与基座安装在一起或芯片带有热扩散柱、球或由高导热材料构成的卡环与基座安装在一起。

本发明的优点是系统采用冷却介质冲击换热，换热系数高，特别对大热流密度的电子器件能有效降温，系统采用主动系统，封闭的内循环冷却方式，控制比较灵活，可根据需要任意方向设置，适用在工况经常变化的场合进行冷却。

附图说明

图1本发明的系统原理图；

图2本发明的微喷射流器腔体设置为上下两个单体的结构示意图；

图3本发明的电脑芯片CPU与基座的结构示意图；

图4本发明的微喷射流器腔体设置为上、中、下三个单体的结构示意图；

图5本发明的水箱、热沉、风扇结构示意图；

图6本发明的装有微通道冷板的水箱结构示意图。

1电子器件的基座、2带有多个微喷嘴的隔板、3微喷射流器冷却介质入口、4微喷射流器、5微喷射流器冷却介质出口、6储液箱、7散热器、8风扇、9微泵、10微喷射流器腔体的上腔体、11微喷射流器腔体的中腔体、12微喷射流器腔体的下腔体、14储液箱入口、15储液箱出口、16储液箱上表面、17微槽道、18刻蚀有微通道的冷板、21微喷嘴、1a电脑芯片CPU、1b连接焊柱，1c额外的热扩散柱

具体实施方式

实施例1

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见图1、图2、图3，本实施例的电子元器件的基座1为电脑芯片CPU1a，电脑芯片CPU 1a通过连接焊柱1b与电子器件的基座1安装在一起，电脑芯片CPU 1a带有热扩散柱1c。电子元器件的基座1的下表面紧密地被安装在微喷射流器4的外壳上，微喷射流器4采用碳纳米管，高导热金属，金刚石等高导热材料制成。微喷射流器的外表面与CPU的基座的下表面之间加入导热膏，以增加导热效果，减小热阻。微喷射流器4内设有设有两个腔体，上腔体10与下腔体腔体12，上腔体10与下腔体12之间为一带有多个微喷嘴21的隔板2，下腔体腔体12的一侧设有冷却介质入口3，上腔体10的一侧设有冷却介质出口5，冷却介质入口3通过可伸缩软管与微泵9的输出口连接，冷却介质出口5通过可伸缩软管与储液箱6的储液箱入口1 4连接，储液箱6上部设有散热器7和风扇8，储液箱6内部刻蚀有微槽道17，微槽道17的上端延伸到储液箱上表面16，储液箱出口15通过可伸缩软管与微泵9的输入口连接，形成封闭的内循环冷却系统。系统中的可伸缩软管采用硅橡胶管制成。

系统采用液体或气体作为冷却介质，系统封装和运行前，通过连接口注入液体或气体进入系统，然后密封好各连接口防止液体或气体泄露。当微泵9通电运行后，储液箱6中的液体或气体通过微喷射流器冷却介质入口3流入到微喷射流器腔体的下单体12，在一定的压力下，将液体或气体通过喷嘴21形成强烈的射流，射流将直接冲击与CPU芯片的基座的下表面紧密相连的微喷射流器4的顶部，产生强烈的换热效果，CPU芯片产生的高热流将被射流的液体或气体吸收，其温度急剧下降，液体或气体的射流由于吸收了CPU芯片的热量，温度将升高，在泵压的作用下，升温了的液体或气体将通过微喷射流器冷却介质出口5流出，进入到储液箱6。参见图5。在散热器7和风扇8的作用下，升了温的液体或气体将和环境发生热交换，使液体或气体的温度下降。参见图6。低温的液体或气体将重新流入到微泵9中开始新一轮循环。

冷却介质也可采用液态金属，由于液态金属高导热系数，低粘性系数，它将极大地提高换热能力和减少泵功，液体金属的选取要根据应用情况，例如采用钠钾合金液态金属，该金属成分搭配比例不一样，它的凝固点不一样，常见的凝固点为-11℃作用，这也就是说在零下11℃的情况下，它就变成固体，不能使用。

实施例2

实施例2与实施例1相同，所不同的是实施例1采用微喷射流器腔体中间被一由带有多个微喷嘴21的隔板2分割成为上、下两个腔体10、12。而实施例2通过两片带有多个微喷口的隔板2分割成为为上、中、下三个腔体10、11、12。参见图4。液体或气体从微喷射流器冷却介质入口3流入，液体或气体进入微喷射流器腔体的中腔体11，在压力的作用下，液体或气体分别在两侧的微喷嘴21处形成射流，冲击电子器件的基座1的下表面紧密相连的微喷射流器的接触面的内侧，换热后的液体或气体分别从下腔体12和上腔体10流出并汇合在微喷射流器冷却介质出口5处，重新进入系统主管路。双面喷射的微喷结构将得到更好的换热效果，可以冷却更多的电子器件。

Claims

1.一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，主要包括：电子器件芯片、微喷射流器、带有冷却装置的储液箱、微泵，其特征在于所述的冷却介质采用液体或气体，通过冷却介质的循环形成封闭的冷却系统，具有微槽道的冷板安装在储液箱的内部，储液箱的上部设有风扇和散热器，储液箱的冷却介质出口通过管道与微泵的输入口连接，微泵的输出口通过管道与微喷射流器的冷却介质入口连接，微喷射流器采用碳纳米管，或高导热金属，或金刚石高导热材料制成，微喷射流器内设有两个腔体，上腔体与下腔体之间为一带有多个微喷嘴的隔板，下腔体的一侧设有冷却介质入口，上腔体的另一侧设有冷却介质出口，冷却介质出口与储液箱的冷却介质入口通过管道连接，微喷射流器的外壳与电子器件芯片的基座紧密安装在一起，两个接触面之间加入导热膏。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述冷却介质采用液体或液态金属，例如钠钾合金液态金属，其凝固点温度为-11C°。

3.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述微喷射流器由上、中、下三个腔体组成，各腔体之间设有带有多个微喷嘴的隔板，中腔体的一侧设有冷却介质入口，上腔体与下腔体的另一侧设有冷却介质出口。

4.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述微喷射流器的腔体设置为内、外两个同轴圆柱体桶，两个腔体之间设有带有多个微喷嘴的隔板，电子器件的基座与外圆柱体桶的外壁紧密安装在一起。

5.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述微喷射流器的腔体设置为内、外同轴多面体，两个腔体之间设有带有多个微喷口的隔板，电子器件的基座与外多面体的外壁紧密安装在一起。

6.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述电子器件的基座采用金属材料或硅材料、陶瓷材料、或有机材料制成，被冷却电子器件为裸芯片或芯片组或封装芯片通过连接焊柱与基座安装在一起或芯片带有热扩散柱、球或由高导热材料构成的卡环与基座安装在一起。

7.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述储液箱内部安装冷板或在内部加设微槽道，微槽道的一端延伸到储液箱顶部。

8.根据权利要求1所述的一种用于电子器件的微喷射流冷却系统，其特征在于所述管道采用硅橡胶管软管制作。